实验十四 研究平抛运动-2021年高考物理必考实验专题突破

实验十四　研究平抛运动（原卷版） 1.实验目的 (1)用实验的方法描出平抛运动的轨迹． (2)判断平抛运动的轨迹是否为抛物线． (3)根据平抛运动的轨迹求其初速度． 2.实验原理 (1)利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹． (2)建立坐标系，如果轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系具有y＝ax2的形式(a是一个常量)，则轨迹是一条抛物线． (3)测出轨迹上某点的坐标x、y，据x＝v0t、y＝gt2得初速度v0＝x·. 3.实验器材 斜槽轨道、小钢球、木板、坐标纸、图钉、重锤、直尺、三角板、铅笔等． 4.实验步骤 (1)安装斜槽轨道，使其末端保持水平； (2)固定木板上的坐标纸，使木板保持竖直状态，小球的运动轨迹与板面平行，坐标纸方格横线呈水平方向； (3)以斜槽末端为坐标原点沿重垂线画出y轴； (4)将小球从斜槽上的适当高度由静止释放，用铅笔记录小球做平抛运动经过的位置； (5)重复步骤(4)，在坐标纸上记录多个位置； (6)在坐标纸上作出x轴，用平滑的曲线连接各个记录点，得到平抛运动的轨迹. 5.注意事项 (1)保证斜槽末端的切线水平，木板竖直且与小球下落的轨迹平面平行，并使小球运动时靠近木板，但不接触； (2)小球每次都从斜槽上同一位置由静止滚下； (3)小球做平抛运动的起点不是槽口的端点，应是小球在槽口时球的重心在木板上的水平投影点； (4)小球在斜槽上开始滚下的位置高度要适当，以便使小球运动的轨迹由木板的左上角到右下角． 6.误差分析 (1)斜槽末端没有调水平，小球离开斜槽后不做平抛运动． (2)确定小球运动的位置时不准确． (3)量取轨迹上各点坐标时不准确． 7.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 (1)图象法：建立y­x2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应的y值和x2的值，在y­x2坐标系中描点，连接各描点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a值． (2)公式法：①以抛出点O为坐标原点，重垂线方向为y轴，水平方向为x轴，建立平面直角坐标系． ②如图所示，在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3…，把线段OA1的长度记为L，那么OA2＝2L，OA3＝3L…，由A1、A2、A3…向下作垂线，与轨迹的交点记为M1、M2、M3…. ③设轨迹就是一条抛物线，则M1、M2、M3…各点的y坐标与x坐标应该具有的形式为y＝ax2，a是常量． ④用刻度尺测量某点的x、y两个坐标，代入y＝ax2中，求出常量a. ⑤测量其他几个点的x、y坐标，代入上式，看是否满足，如果在误差允许范围内满足，就说明该曲线为抛物线． 【最新高考真题解析】 1.（2020年浙江卷）某实验小组利用图1所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上，在桌面上固定一个斜面，斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离，让钢球从斜面顶端同一位置滚下，通过碰撞复写纸，在白纸上记录钢球的落点。 ①为了正确完成实验，以下做法必要的是________。 A.实验时应保持桌面水平 B.每次应使钢球从静止开始释放 C.使斜面的底边ab与桌边重合 D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面 ②实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动，在白纸上记录了钢球的4个落点，相邻两点之间的距离依次为、、，示意如图2。重力加速度，钢球平抛的初速度为________m/s。 ③图1装置中，木板上悬挂一条铅垂线，其作用是________。 【典例1】 某同学采用如图所示的装置探究平抛运动的规律：用小锤击打弹性金属片C，使 A球沿水平方向飞出，B球被松开做自由落体运动，可观察的现象是________；为进一步探究，可以改变________，多次实验，可观察到同样的现象，这说明________________________． 【针对训练1】如图所示，在“探究平抛运动的运动规律”的实验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹．实验简要步骤如下： A．让小球多次从斜槽上________________滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置． B．按图安装好器材，注意________________，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线． C．取下白纸以O为原点，以过O点的竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛运动物体的轨迹． (1)完成上述步骤，将正确的答案填在横线上． (2)上述实验步骤的合理顺序是________． 【典例2】如图甲所示是“研究平抛物体的运动”的实验装置图．(g＝10 m/s2) (1)图乙是正确实验后的数据，其中O为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为________m/s. (2)在另一次实验中将白纸换成方格纸，方格边长L＝5 cm，通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图丙所示，则该小球做平抛运动的初速度为________